4_3 (829315), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Однако у этой аналогии есть определённые границы, которые следует помнить. Рассмотрим существенные отличия электроннойоптики от обычной.Коэффициенты преломления прозрачных тел в классической оптике лежат обычно в пределахот 1 до ~3 и для каждого конкретного оптического элемента являются неизменными (если нерассматривать специальных методов воздействия на вещество, из которого изготовлен оптическойэлемент). В электронной же оптике эффективный «коэффициент преломления» зависит от потенциала, т. е. может быть достаточно легко изменён.
Таким образом, в данном случае возможностиэлектронной оптики гораздо шире: в построенной электронно-оптической системе можно управлять её параметрами простым изменением потенциала электродов. С другой стороны, в обычнойоптике оптические элементы имеют определённые резкие границы, а в электронной оптике потенциал, как уже говорилось выше, в пространстве изменяется плавно.
Это обстоятельство даётбóльшую свободу при конструировании обычных оптических систем. Кроме этого, есть ограничения на конфигурацию, связанные с тем, что конфигурация электрического поля должна удовлетворять как граничным условиям, так и уравнению Лапласа20 ∆ϕ = 0 . В результате оказывается,что часть аберраций в электронной оптике трудно устранить.Рассмотрение движения заряженной частицы, проведённое выше, и, в частности, выражения(23) и (24) нигде не содержит явной зависимости от величины массы или заряда заряженной час-тицы. Поэтому если две частицы, имеющие разную величину заряда и массы (но при одинаковомзнаке заряда), начинают движение с нулевой начальной скоростью из одной и той же точки пространства, то их траектории будут одинаковы (хотя они и будут пройдены частицами за разныепромежутки времени).
Это правило называется законом подобия для движения заряженных частиц в электростатическом поле.Рассмотрим теперь простейший электронно-оптический элемент – фокусирующую линзу. Вгеометрической оптике основным элементом является тонкая линза. Аналогом этого элемента вэлектронной оптике будет служить электростатическое поле, обладающее аксиальной (цилиндрической) симметрией. Подобное поле, в свою очередь, может быть создано системой из одного илиболее соосных электродов, обладающих симметрией вращения. Примерами элементов такой20Лаплас Пьер Симон (28.III.1749–5.III.1827) – французский астроном, физик и математик, член Парижской (1785) и Петербургской (1802) АН.
Председатель Палаты мер и весов с 1790 г., один из основателейПолитехнической школы. Фундаментальный пятитомник «Трактат о небесной механике» (1798–1825),гипотеза происхождения Солнечной системы (1796). Вывел формулу Лапласа для капиллярного давления(1807), барометрическую формулу (1821). Вместе с А. Лавуазье определил коэффициенты теплоёмкостимногих веществ (1783). Боролся с теорией флогистона. Обобщил закон Био–Савара в электродинамике.Внедрял метрическую систему мер.
В математике известен «оператором Лапласа», «преобразованиемЛапласа», «интегралом Лапласа», «уравнением Лапласа», «теоремой Лапласа», создатель теории вероятностей.294системы могут быть коаксиальные цилиндры, диафрагмы с круглыми отверстиями, кольцевыеэлектроды и их комбинации.
В параксиальной области (вблизи оси) эквипотенциали в подобныхсистемах будут иметь форму, близкую к сферической (поскольку искажения высших порядковбудут малы в силу условия параксиальности).Рассмотрим качественно движение частицы в конфигурации из двух коаксиальных поверхностей, имеющих разный потенциал (рис. 11). Как и ранее, будем считать, что покоящаяся частицабыла рождена в точке с нулевым потенциалом. Пусть для определённости U 2 > U1 .
Пусть электрон движется слева, а вектор скорости у него параллелен оси. Как видно из рисунка, на электронuurдействует сила K , отклоняющая его траекторию к оси. После прохождения середины зазорарадиальная компонента силы изменяет знак, действующая сила стремится отклонить электрон отоси.Если теперь рассмотреть конечный результат действия системы рис. 11 на частицу, то окажется, что в целом эта система является фокусирующей, т. е. траектория электрона пересечёт осьсистемы в некоторой точке F2. Аналогичным образом можно рассмотреть движение электрона спротивоположной стороны системы. Окажется, что и для этой частицы система является в целомфокусирующей с точкой фокуса F1.
Это обстоятельство связано с тем фактом, что в области фокусировки электрон обладает меньшей скоростью (т. е. проводит больше времени), чем в областидефокусировки. Соответственно в целом получаем фокусирующий эффект. Заметим, что точки F1и F2 оказываются на разных расстояниях от центра зазора, так как есть различие потенциала (показателя преломления) с обеих сторон линзы.
В оптике подобный случай возникает при применении иммерсионных систем21.Если в геометрии рис. 11 рассматривать движение не одиночной частицы, а целого пучка заряженных частиц, занимающих область от оси до некоторого радиуса, то окажется, что в паракси-Рис. 11. Пример иммерсионной линзы, образованной двумя коаксиальными поверхностями, имеющимиразный потенциал. Электронные траектории, проходящие параллельно оптической оси, пересекают её вфокальных точках F1 и F221Иммерсионная система – оптическая система, в которой пространство между объектом наблюдения ифронтальной линзой заполнено жидкостью.
Поскольку показатель преломления жидкостей больше единицы, то в такой системе повышается числовая апертура. Обычно применяется в микроскопии.295альном приближении все частицы пучка будут пересекать ось системы в одной и той же фокальной точке. Произойдёт фокусировка пучка заряженных частиц подобно тому, как это происходит воптике с широким лучом света. Причиной этого является то, что величина радиальной компоненты силы, действующей на частицу, линейно пропорциональна радиусу, на котором эта частицанаходится. В реальных системах есть аберрации, связанные как с нарушением условия параксиальности, так и с конечным пространственным зарядом электронного пучка. Более детальное истрогое рассмотрение фокусировки в электронно-оптических системах выходит за рамки данногопособия, оно подробно изложено, например, в [1].Конструкция типичной осциллографической ЭЛТОсциллографическая электронно-лучевая трубка представляет собой прибор, в котором происходит преобразование кинетической энергии перемещающегося потока ускоренных электронов ввидимое изображение за счёт люминесценции специального экрана.
Существует большое количество разновидностей электронно-лучевых трубок, различающихся по назначению и области применения. Например: в классической радиолокации применяются трубки с радиальной развёрткой,для наблюдения однократных импульсных процессов используются запоминающие трубки (потенциалоскопы), в цветном телевидении ЭЛТ содержит три независимых электронных пушки собщей системой отклонения лучей, трубки для регистрации особо высокочастотных сигналовимеют в своей конструкции замедляющие СВЧ-структуры, и т.
п.Упрощённо структура простой электронно-лучевой трубки представлена на рис.12 (более подробно см. [6]). Вся электронно-оптическая конструкция собрана внутри стеклянной колбы, которая откачана до высокого вакуума. Для повышения долговечности ЭЛТ обычно внутрь колбыпомещается активный элемент, поглощающий остаточные газы (геттер). Условно конструкциюможно разделить на следующие основные узлы: электронный прожектор (электронная пушка) ссистемой формирующих электронный луч электродов, отклоняющая система, дрейфовый промежуток, экран.1 234 56789Рис. 12.
Типичная конструкция однолучевой осциллографической ЭЛТ с электростатическими фокусирующей и отклоняющей системами: 1 – нить накала; 2 – катод; 3 – модулятор; 4 и 5 – первый и второй аноды;6 – пластины горизонтального отклонения; 7 – пластины вертикального отклонения; 8 – колба ЭЛТ; 9 –экран. Электродная система пушки приведена условно и в увеличенном масштабе, часть элементов (например, геттер и токопроводящее покрытие люминофора) не показаны296В соответствии с принятыми в СССР правилами все выпущенные тогда ЭЛТ получали обозначение, дающее грубое представление о назначении и параметрах устройства. Например, тип используемой в лабораторной работе электронно-лучевой трубки 8ЛО4И расшифровывается следующим образом:8 – диагональ (или диаметр) трубки в сантиметрах;Л – класс электронно-лучевых приборов;О – подкласс осциллографических трубок;4 – порядковый номер разработки данного изделия среди устройств той же категории (8ЛО);И – жёлто-зелёный цвет свечения люминофора.Существует довольно чёткое разграничение между ЭЛТ разного назначения по способу управления фокусировкой и положением луча на экране (развёрткой).
В осциллографических ЭЛТ ифокусировка, и отклонение луча производятся при помощи электрического поля. В большихтелевизионных трубках и в устройствах типа электронного микроскопа обычно фокусировка иотклонение луча производятся при помощи магнитного поля. Сравнивая два способа отклонения,можно отметить следующее: электростатическое отклонение является более быстродействующим,потребляет меньше энергии, однако удвоенный угол отклонения луча не превышает 30°. Поэтомуосциллографические трубки имеют обычно длину, много большую диаметра экрана.
Системыотклонения луча магнитным полем более низкочастотны (есть индуктивность катушек), однакопозволяют получать удвоенный угол отклонения до 110°, что делает телевизоры с большим экраном гораздо более компактными. Ещё одно достаточно важное отличие является конструктивным:обычно электроды электростатических систем отклонения и фокусировки находятся в вакууме,внутри колбы ЭЛТ, в то время как катушки систем магнитного управления могут размещаться иснаружи, что упрощает конструкцию трубки. Далее будет рассматриваться конструкция ЭЛТ сэлектростатическим управлением.Электронный прожектор и формирование электронного лучаВ этом узле ЭЛТ происходит формирование электронного луча, управление его интенсивностью и фокусировка в плоскости экрана. В отличие от телевизоров, в осциллографах обычнояркость электронного луча при его движении по экрану остаётся постоянной, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
